[发明专利]金刚石包覆硬质合金制切削工具及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金刚石包覆碳化钨基硬质合金制切削工具，其在CFRP(碳纤维增强塑料)等难切削材料的高速切削加工中，具备优异的耐冲击性及粘附性，由此发挥优异的耐崩刀性及耐剥离性。

本申请主张基于2013年11月29日于日本申请的专利申请2013-247280号及2014年11月26日于日本申请的专利申请2014-238392号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

以往，已知有在由碳化钨(WC)基硬质合金(以下，称为“硬质合金”)构成的工具基体上包覆金刚石膜的金刚石包覆硬质合金制切削工具(以下，称为“金刚石包覆工具”)。以往的金刚石包覆工具中，由于工具基体与金刚石膜的粘附性不充分，因此为了改善该问题而提出了各种方案，如在形成金刚石膜之前，从硬质合金制工具基体表面去除阻碍形成金刚石的钴，并在工具基体上形成金刚石膜等。

例如，专利文献1中公开了在金刚石包覆工具中，通过对硬质合金基体分步骤地进行蚀刻处理来去除基体表面的Co(钴)，并在硬质合金基体上形成WC粒子程度的凹凸，包覆金刚石膜，由此改善金刚石膜与硬质合金制工具基体的粘附性。

并且，专利文献2中公开了在金刚石包覆工具中，在通过电解蚀刻处理而形成凹凸的硬质合金基体上包覆W(钨)等的中间层，通过在中间层上包覆金刚石膜，改善金刚石膜与工具基体的粘附性。

并且，例如，专利文献3中公开了利用金刚石包覆硬质合金制工具基体时，在硬质合金工具基体表面埋入元素周期表IVa族、Va族、VIa族的金属碳化物、碳化硅或氧化铝等的陶瓷粒子。专利文献3中，通过在这种硬质合金工具基体表面实施电解蚀刻处理而在基体表面形成凹凸，由此改善工具基体与金刚石膜的粘附性。

专利文献1：欧洲专利第519587号说明书

专利文献2：日本专利公开2000-144451号公报

专利文献3：日本专利平8-92741号公报

随着在近几年的切削加工的技术领域中强烈要求节省劳动力及节能且低成本化，切削加工越来越趋向于高速化。另一方面，将以往的金刚石包覆工具用于例如以较高的加工精度对CFRP等难切削材料进行高速切削时，要求钻头具有锋利的刀尖，因此尤其需要较高的刀尖强度，但以往的金刚石包覆工具的刀尖强度不充分，并且金刚石膜容易产生剥离。因此，在长期使用时无法发挥满意的耐崩刀性及耐磨性，其结果，大多在较短的时间达到使用寿命。

例如，如专利文献1所公开，即使在通过减少工具基体表面附近的结合相的量即Co量而进行提高金刚石膜与工具基体的粘附性的处理的情况下，也存在如下问题，由于在CFRP等的高速切削加工中对刀尖反复施加冲击，因此刀尖附近的强度不充分，发生崩刀或剥离而导致较快的达到作为切削工具的寿命。

并且，进行如专利文献2所示的预处理时，WC和Co由电解蚀刻同时溶出，因此很难维持凸部的强度，W中间层与硬质合金基体之间的粘附性也存在问题。专利文献3中，将SiC粒子埋入硬质合金基体，SiC粒子发挥阻碍蚀刻的掩蔽功能，将凸形状形成在硬质合金基体上，但WC粒子间没有间隙而难以埋入SiC粒子，也很难将作为硬质陶瓷的SiC粒子埋入于较硬的硬质合金基体。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术课题，即本发明的目的在于提供一种在金刚石包覆工具中，提高金刚石膜与工具基体的粘附性，并且提高金刚石包覆工具的刀尖强度，耐崩刀性及耐剥离性得到提高的切削寿命较长的金刚石包覆工具。

本发明人等对如前述的金刚石包覆工具的课题反复进行了深入研究和实验。其结果，本发明人等发现了在以往的金刚石包覆工具中，如前述为了提高金刚石膜与工具基体的粘附性而进行去除存在于工具基体的最表面的金属结合相中的Co的处理，但该Co的去除成为导致刀尖的韧性降低且刀尖强度降低的原因。

因此，为了提供例如如CFRP等的高速开孔加工或高速立铣刀加工那样，即使在切削刃上作用有高负载的切削条件中使用时，也具备优异的刀尖强度，并且长期使用时可发挥优异的耐磨性的金刚石包覆工具，针对存在于工具基体表面附近的金属结合相中的Co反复进行了深入研究。其结果，本发明人等得到了以下见解。

即，

(1)硬质合金基体含有TaC(碳化钽)、NbC(碳化铌)时，根据烧结条件，烧结时TaC、NbC在WC粒子间晶粒生长，由此WC粒子间无间隙地形成TaC、NbC晶粒。

(2)因此，存在于形成有TaC、NbC晶粒的WC粒子间的Co结合相在烧结时向TaC、NbC与WC粒子间的外侧被推出。